(57)【要約】【課題】  制御装置で発生したノイズによるスイッチング素子の誤作動を防止した電力変換装置の制御装置を提供する。【解決手段】  制御回路１１からノイズ電圧が出力された場合においても、送信側光モジュール１２と並列に分圧抵抗Ｒ２を接続することにより、送信側光モジュール１２にＯＮ電圧以上の電圧が印加しないようにする。【選択図】  図１
2006166506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置のスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路に光ファイバを介して制御信号を出力する電力変換装置の制御装置において、
制御電圧を出力する制御回路と、
前記制御電圧を直列接続された電流制限抵抗を介して受け、光信号に変換して前記光ファイバへ出力する光変換回路と、
前記光変換回路と並列に接続された分圧抵抗と、
を有することを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記電流制限抵抗の抵抗値をｒ１、前記分圧抵抗の抵抗値をｒ２とし、前記制御回路のノイズによる最大出力電圧をＶ１、前記光変換回路のＯＮ電圧をＶ２としたとき、
ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）をＶ２／Ｖ１以下としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記制御回路による前記制御電圧を上昇させることなく、前記光変換回路に流れる電流量が、前記光ファイバを介した前記制御信号の送受信に必要な発光量を維持できる程度に流れるように前記電流制限抵抗の抵抗値ｒ１を設定したことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
スイッチング素子を用いた電力変換装置において、
制御電圧を出力する制御回路と、
前記制御電圧を直列接続された電流制限抵抗を介して受け、光信号に変換して光ファイバへ出力する光変換回路と、
前記光変換回路と並列に接続された分圧抵抗と、
を備えた制御装置と、
前記光ファイバを通じて受信した制御信号に応じて前記スイッチング素子を駆動するゲート駆動装置と、
を有することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置の制御装置および電力変換装置に関し、特に電力変換装置のスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路に光ファイバを介して制御信号を出力する電力変換装置の制御装置、およびこの電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スイッチング素子を用いて可変電圧・可変周波数の交流電力を得ることにより誘導電動機などの電動機を可変速駆動する電力変換装置が知られている。このような電力変換装置はいくつかのスイッチング素子と、それを駆動する駆動回路と、駆動回路を制御する制御回路とを備えている。電力変換装置の制御回路と駆動回路はノイズを防止するために両回路は絶縁されていることがある。その絶縁方法として光ファイバで両回路をつなぐことによって実現するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、従来の電力変換装置の構成例を示す図である。
この電力変換装置は、スイッチング素子３１を制御するための制御信号を出力する制御装置１０と、制御装置１０から光ファイバ４０を介して制御信号を受けて、スイッチング素子３１を駆動するためのゲート電圧を出力する駆動装置２０を備えている。
【０００４】
制御装置１０は、制御電圧を出力する制御回路１１と、制御回路１１に直列接続された電流制限抵抗Ｒ１と、電流制限抵抗Ｒ１を介して印加された制御電圧を光信号に変換して制御信号として光ファイバ４０へ出力する送信側光モジュール１２を備えている。また、駆動装置２０は、光ファイバ４０を通じて制御信号を受け、電気信号に変換する受信側光モジュール２２と、変換された電気信号を受け、スイッチング素子３１を駆動するゲート駆動回路２１とを備えている。
【０００５】
このように、制御装置１０と駆動装置２０とを光ファイバ４０により絶縁することによって、制御回路１１が出力する制御電圧のみをゲート駆動回路２１に制御信号として発信し、制御回路１１におけるノイズ電圧が直接ゲート駆動回路２１に伝わることを防止している。
【０００６】
図５は、従来の電力変換装置におけるスイッチング時の電圧、電流波形の例を示す図である。
図５に示した各波形は上から、制御回路１１からの制御電圧、送信側光モジュール１２に流れる電流量、スイッチング素子３１のゲート電圧、スイッチング素子３１のスイッチ状態をそれぞれ示している。
【０００７】
これらの波形を見ると、制御回路１１から出力される制御電圧が０Ｖから１５Ｖに上がると同時に送信側光モジュール１２に対応する電流が流れる。この送信側光モジュール１２に流れた電流量が送信側光モジュール１２の発光に必要な電流量に達していた場合、光ファイバ４０を介して制御信号がゲート駆動回路２１に伝わる。
【０００８】
そうすると制御信号を受信したゲート駆動回路２１はゲート電圧を出力する。そのとき、ゲート電圧がスイッチング素子３１のスレッショルドレベルを超えるとスイッチング素子３１がＯＮとなる。
【０００９】
また、制御電圧が１５Ｖから０Ｖに下がると送信側光モジュールの電流は流れなくなり、それとともにゲート電圧が下がりはじめる。そのとき、ゲート電圧がスイッチング素子３１のスレッショルドレベルを下回るとスイッチング素子３１がＯＦＦとなる。
【特許文献１】特開平９−１０７０６９号公報（段落番号〔０００２〕〜〔０００５〕、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、制御回路１１からノイズ電圧が出力された場合、制御装置１０と駆動装置２０とを光ファイバ４０で接続していても、ノイズ電圧が送信側光モジュール１２のＯＮ電圧を超えたときには送信側光モジュール１２がＯＮになり、光ファイバ４０を通じて制御信号としてゲート駆動回路２１に伝わってしまうという問題点があった。
【００１１】
図６は、従来の電力変換装置におけるノイズ電圧が印加された場合の電圧、電流波形の例を示す図である。
図６に示した波形は上から、制御回路１１からのノイズ電圧、送信側光モジュール１２に流れる電流量、スイッチング素子３１のゲート電圧、スイッチング素子３１のスイッチ状態をそれぞれ示している。
【００１２】
これらの波形を見ると、ノイズ電圧が発生した場合、それにともなって送信側光モジュール１２に対応する電流が流れる。その送信側光モジュール１２に流れた電流が発光に必要な電流量に達した場合、光ファイバ４０を介して制御信号がゲート駆動回路２１に伝わる。そうすると制御信号を受信したゲート駆動回路２１はゲート電圧を出力する。そのとき、ゲート電圧がスイッチング素子３１のスレッショルドレベルを超えると誤ってスイッチング素子３１がＯＮとなってしまう。
【００１３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、制御装置で発生したノイズによるスイッチング素子の誤作動を防止した電力変換装置の制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、制御装置で発生したノイズによるスイッチング素子の誤動作を防止した電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では上記問題を解決するために、電力変換装置のスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路に光ファイバを介して制御信号を出力する電力変換装置の制御装置において、制御電圧を出力する制御回路と、前記制御電圧を直列接続された電流制限抵抗を介して受け、光信号に変換して前記光ファイバへ出力する光変換回路と、前記光変換回路と並列に接続された分圧抵抗とを有することを特徴とする電力変換装置の制御装置が提供される。
【００１６】
このような電力変換装置の制御装置では、制御回路からノイズ電圧が出力された場合においても、光変換回路と並列に分圧抵抗を接続することにより、光変換回路に印加される電圧が低下しＯＮ電圧以上の電圧がかからないようになる。このため、ゲート駆動回路に対して光ファイバを通じて制御信号が出力されず、スイッチング素子が誤って動作しなくなる。
【００１７】
また、本発明では、スイッチング素子を用いた電力変換装置において、制御電圧を出力する制御回路と、前記制御電圧を直列接続された電流制限抵抗を介して受け、光信号に変換して光ファイバへ出力する光変換回路と、前記光変換回路と並列に接続された分圧抵抗とを備えた制御装置と、前記光ファイバを通じて受信した制御信号に応じて前記スイッチング素子を駆動するゲート駆動装置とを有することを特徴とする電力変換装置が提供される。
【００１８】
このような電力変換装置では、制御回路からノイズ電圧が出力された場合においても、光変換回路と並列に分圧抵抗を接続してあることにより、光変換回路に印加される電圧が低下しＯＮ電圧以上の電圧がかからないようになる。このため、ゲート駆動回路に対して光ファイバを通じて制御信号が出力されず、スイッチング素子が誤って動作しなくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電力変換装置の制御装置によれば、ノイズ電圧により光変換回路がＯＮしなくなるので、光ファイバを通じて誤った制御信号がゲート駆動回路に入力されなくなり、スイッチング素子のスイッチ動作の誤動作を防止することができ、安定的な電力変換動作が実現できる。
【００２０】
また、本発明の電力変換装置によれば、ノイズ電圧により光変換回路がＯＮしなくなるので、光ファイバを通じて誤った制御信号がゲート駆動回路に入力されなくなり、スイッチング素子のスイッチ動作の誤動作を防止することができ、安定的な電力変換動作が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、電力変換装置の例として、鉄道車両用のモータ駆動用のインバータ装置、スイッチング素子の例として、鉄道車両用のモータ駆動用のＩＧＢＴモジュールを想定する。
【００２２】
図１は、実施の形態に係るインバータ装置の構成例を示す図である。
図１に示すように、このインバータ装置は、ＩＧＢＴモジュール３０を制御するための制御信号を出力する制御装置１０と、制御装置１０から光ファイバ４０を介して制御信号を受けて、ＩＧＢＴモジュール３０を駆動するためのゲート電圧を出力する駆動装置２０を備えている。
【００２３】
制御装置１０は、制御電圧を出力する制御回路１１と、制御回路１１に直列接続された電流制限抵抗Ｒ１と、電流制限抵抗Ｒ１を介して印加された制御電圧を光信号に変換して光ファイバ４０へ出力する送信側光モジュール１２と、送信側光モジュール１２と並列に接続された分圧抵抗Ｒ２とを備えている。また、駆動装置２０は、光ファイバ４０を通じて制御信号を受け、電気信号に変換する受信側光モジュール２２と、変換された電気信号を受けてＩＧＢＴモジュール３０を駆動するゲート駆動回路２１とを備えている。なお、ここではＩＧＢＴモジュール３０を１つのスイッチング素子で簡素化して示している。
【００２４】
制御回路１１が出力した電圧は電流制限抵抗Ｒ１を介して、並列に接続されている送信側光モジュール１２と分圧抵抗Ｒ２とに印加し、制御回路１１が出力した電流は電流制限抵抗Ｒ１を通り送信側光モジュール１２と分圧抵抗Ｒ２へと分流する。また、送信側光モジュール１２にはＯＮ電圧が設定されており、設定された以上の電圧が印加すると送信側光モジュールは印加した電圧を光信号に変換して制御信号として光ファイバ４０を介して駆動装置２０へ出力する。例えば、送信側光モジュール１２のＯＮ電圧を１．５Ｖとする。駆動装置２０の受信側光モジュール２２は光ファイバを通じて送られてきた光信号を電気信号に変換し、ゲート駆動回路２１は変換した電気信号に合わせてＩＧＢＴモジュール３０にゲート電圧を印加する。ＩＧＢＴモジュール３０のスレッショルドレベル以上の電圧が印加したときにＩＧＢＴモジュール３０は作動する。
【００２５】
ところで、制御電圧を１５Ｖとしたとき、ノイズ電圧が６Ｖに達することがある。このようなノイズ電圧が制御回路１１から出力された場合、制御装置１０と駆動装置２０が光ファイバ４０によって接続されていることによってノイズ電圧が直接的にはゲート駆動回路２１に入力されず、スイッチの誤作動を生じる可能性は軽減されている。しかし、送信側光モジュール１２のＯＮ電圧以上のノイズ電圧が印加した場合には、送信側光モジュール１２は誤作動を起こし、光ファイバ４０を通じてゲート駆動回路２１へ制御信号を伝えてしまうことがあった。
【００２６】
そこで、分圧抵抗Ｒ２を送信側光モジュール１２に並列に接続することにより、送信側光モジュール１２にかかるノイズ電圧が送信側光モジュール１２のＯＮ電圧以上にならないようにすることによって、たとえ制御回路１１からノイズ電圧が出力されても分圧抵抗Ｒ２により送信側光モジュール１２にはＯＮ電圧以上の電圧はかからず、光ファイバ４０を通じて誤った制御信号を送信することがなくなり、ＩＧＢＴモジュール３０の誤作動を防止し、安定的な電力変換動作を実現することができる。
【００２７】
図１の回路において電流制限抵抗Ｒ１の抵抗値をｒ１、分圧抵抗Ｒ２の抵抗値をｒ２とし、制御回路１１のノイズによる最大出力電圧をＶ１、送信側光モジュール１２のＯＮ電圧をＶ２としたとき、ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）をＶ２／Ｖ１以下とすることによって、ノイズ電圧が発生してもゲート電圧はＩＧＢＴモジュール３０のスレッショルドレベルを超えることはなく、ＩＧＢＴモジュール３０の誤動作を防止し、安定的な電力変換動作を実現できる。
【００２８】
図２は、図４に示す従来の回路にノイズ電圧を印加した場合のゲート電圧を示す図であり、図３は、図１に示す回路にノイズ電圧を印加した場合のゲート電圧を示す図である。
従来の回路を示す図４の回路にノイズ電圧を印加した場合には、送信側光モジュール１２にかかる電圧が送信側光モジュール１２のＯＮ電圧を超えてしまい、送信側光モジュール１２が誤作動を起こし、駆動装置２０側へ制御信号を伝えてしまい、かつその制御信号によって制御されるゲート駆動回路２１がＩＧＢＴモジュール３０のスレッショルドレベルより高いゲート電圧を出力するとＩＧＢＴモジュール３０は誤ったスイッチング動作を行う。
【００２９】
図２に示すとおり、図４に示した電力変換装置の制御装置にノイズ電圧を印加した際にはゲート電圧はＩＧＢＴモジュール３０のスレッショルドレベルを超えており、これはＩＧＢＴモジュール３０が誤作動をしているということを示している。
【００３０】
一方、図３に示すとおり、図１に示した電力変換装置の制御装置にノイズ電圧を印加した際にはゲート電圧はＩＧＢＴモジュール３０のスレッショルドレベルを超えることはなく、これはＩＧＢＴモジュール３０の誤動作を防止し、安定的な電力変換動作を実現できているといえる。
【００３１】
また、分圧抵抗Ｒ２を接続した後において、制御電圧を上昇させなくても分圧抵抗Ｒ２に流れ込む電流量を差し引いた送信側光モジュール１２に流れる電流量が、送信側光モジュール１２の発光量を維持できる程度に流れるように電流制限抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１を設定する。それによってノイズ電圧が発生してもゲート電圧はＩＧＢＴモジュール３０のスレッショルドレベルを超えることはないと同時に、送信側光モジュール１２に流れる電流量を少なくしすぎることがなく、ＩＧＢＴモジュール３０の誤動作や動作不良を防止し、安定的な電力変換動作を実現できる。
【００３２】
なお、上記の実施の形態では、電力変換装置の例としてインバータ装置を示したが、これに限らず電源装置などにも本発明を適用できる。また、スイッチング素子の例としてＩＧＢＴモジュールを示したが、これに限らずＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態に係るインバータ装置の構成例を示す図である。
【図２】図４に示す従来の回路にノイズ電圧を印加した場合のゲート電圧を示す図である。
【図３】図１に示す回路にノイズ電圧を印加した場合のゲート電圧を示す図である。
【図４】従来の電力変換装置の構成例を示す図である。
【図５】従来の電力変換装置におけるスイッチング時の電圧、電流波形の例を示す図である。
【図６】従来の電力変換装置におけるノイズ電圧が印加された場合の電圧、電流波形の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  制御装置
１１  制御回路
１２  送信側光モジュール
２０  駆動装置
２１  ゲート駆動回路
２２  受信側光モジュール
３０  ＩＧＢＴモジュール
３１  スイッチング素子
４０  光ファイバ
Ｒ１  電流制限抵抗
Ｒ２  分圧抵抗
【図１】
2006166506.tif 000003
【図２】
2006166506.tif 000004
【図３】
2006166506.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006166506.tif 000007
【図６】
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